Турбина – главная сила мотора, но и главный обжора?

Вообще, турбокомпрессоры в моторах считались некоим дьявольским созданием. Они очень пригождались в мире автоспорта, давали потрясающий прирост мощности без необходимости увеличения рабочего объема двигателя – это главное. А то, что такой мотор нуждался в питании высокоэтилированным бензином, расход был непомерным, существовала проблема «турбоямы» эти недостатки воспринимались как неизбежное зло. По крайней мере, гоночные команды закрывали на них глаза. А вот о применении турбокомпрессора в серийном автомобиле долгое время мало не задумывались, ведь его недостатки перекрывали достоинства. 

Но вскоре подул ветер перемен – он был вызван ужесточением норм по токсичности выхлопа. Тут как никогда производителям понадобились турбокомпрессоры. Чтобы понять их пользу в этом деле, давайте вспомним о сути работы. Турбокомпрессоры приводятся в движение от выхлопных газов – это бесплатный побочный продукт двигателя. Взамен компрессор нагнетает в цилиндры больше воздуха, что повышает эффективность сгорания топлива. Первые серийные турбокомпрессоры в двигателях отличались невысокой надежностью, так как сплавы, из которых они изготавливались, не слишком успешно выдерживали температуру выхлопных газов (до 10000 С). Кроме того все еще существовала проблема повышенного расхода горючего, что было вызвано необходимостью поддержания оптимальных пропорций топливно-воздушной смеси.

К счастью, технология не стояла на месте. Современные материалы турбин выдерживают огромные температуры и позволяют нагнетать воздух под очень высоким давлением, непосредственный впрыск точнее дозирует инъекции топлива. Постепенно различными способами была решена проблема «турбоямы», во время которого компрессор не вращался достаточно быстро, чтобы создавать необходимое давление. Современные турбокомпрессоры эффективно работают при минимальном количестве оборотов двигателя. За счет этого достигается экономичность. Современные бензиновые моторы при рабочем объеме до двух литров выдают крутящий момент, как у трактора. Концепция турбомоторов действительно эффективна. Например, турбированный двигатель нового VW Polo объемом 1,2 л расходует в среднем 5,3 л топлива, что на 1,5 л меньше потребления двигателя предшествующего поколения без турбины. Таких показателей достаточно, чтобы концерн VW продолжал развивать идею. Глава отдела по разработке моторов VW Йенс Хадлер (интервью на странице 29) подтверждает: «Предел минимизации рабочего объема еще не достигнут».

Смогли ли турбины так же хорошо прижиться в бензиновых моторах, как в дизельных? Убедительные предпосылки успеха есть. Вдобавок автомобиль на бензиновом топливе наносит меньший вред окружающей среде, обходится без дорогих систем очистки выхлопа и дешевле в производстве. Вопрос экономичности мы проверим на практике: мы собрали семь бензиновых турбированных машин.

VW Polo 1.2 TSI: маленький объем таит большую мощность

Этот новый двигатель от VW рабочим объемом 1,2 литра мы подвергнем
наиболее тщательной проверке, так как вскоре он получит распространение
в модели Golf. Преимущество нового моторчика с поршнями размером с
кулак, явно видно на фоне старых агрегатов. Помните, был у Polo
1,6-литрвоый 105-сильный мотор с посредственной тягой в 160 Нм (при
высоких 4000 об./мин.) и средним расходом в 7,5 л АИ-95? Современный
Polo не только крупнее по габаритам, экономичнее на 1,3 л и мощнее: 175
Нм достигаются при 1550 об/мин. Таким образом, меньший по объему
турбомотор по всем параметрам лучше, что сразу видно по темпераменту
езды. Турбина без замедлений и провалов подхватывает и мощно тянет. По
ощущениям от разгона и эластичности мотор напоминает атмосферный
1,8-литровый. По сравнению с 1,4 TSI он, конечно, медленнее и шумнее –
во многом из-за более бюджетной шумоизоляции. При создании
1,2-литрового двигателя и повышении его эффективности инженеры пошли на
ряд ухищрений. Давление наддува контролируется электронным клапаном,
что улучшило отзывчивость мотора. Непосредственный впрыск топлива,
усиленный кривошипно-шатунный механизм позволили повысить давление и
эффективность наддува. Выверенные передаточные числа 6-ступенчатой МКПП
позволяют эффективно пользоваться тягой, без необходимости раскручивать
мотор до высоких оборотов.

Итог: Похоже, революция вот-вот наступит. Турбины вдохнули новую жизнь в бензомоторы. «Тощий» 1,2-литровый мотор едва бы адекватно тянул автомобиль собственной массой в 1.100 кг. Без помощи турбины ему бы пришлось худо. VW сделал все правильно: компенсировал малый объем мощным наддувом. При этом Polo стал гораздо живее на разгоне, дешевле в ежедневной эксплуатации. Он доказал, что меньше в этом случае – это больше. Стратегия уменьшения объема попала в яблочко. Реклама

VW Golf 1.4 TSI: горючая смесь

Самая
мощная модификация двигателя 1,4 TSI, выдающая 160 л.с., оснащена не
только турбиной, но и механическим нагнетателем. Он создает давление
при низких оборотах, на высоких дополнительный наддув воздуха в
цилиндры осуществляет турбокомрессор.

Результат:
с самых «низов» мотор демонстрирует мощную тягу, которая нарастает и
становится максимальной к 1.500 об/ мин. Мощность такая, что трудно
поверить, что под капотом всего-то 1,4-литровый мотор. Он работает
деликатно, а ближе к 2.000 об./мин. можно услышать тоненький свистящий
колосок компрессора.

При
3.000 об./ мин. в дело вступает турбокомпрессор: это ощущается по
резкому возрастанию тяги. Нарастание мощности не угасает и продолжается
до самой отсечки. Благодаря небольшому рабочему объему экономичность
радует: даже при скучной городской езде этот реактивный Golf не
пытается осушить бак и вытрясти из кошелька владельца все деньги на
заправку.

Единственный
недостаток самой мощной версии 1,4 TSI – цена. Он обойдется минимум в
$20.500 без таможенных платежей. Экономия стоит денег.

Итог:

И хотя система из турбокомпрессора и нагнетателя кажется сложной, она не вызывает
трудностей при эксплуатации. Мотор тянет прекрасно и превосходит все ожидания –
ценители спортивных характеристик не должны обойти его стороной. Цена, конечно,
велика, но вложенные средства автомобиль оправдывает. 

Реклама

Alfa MiTo 1.4 TB 16V: ветер в голове

Alfa очень гордится механизмом, названным Multi Air. Он дополняет итальянские турбомоторы. Суть технологии в том, что впускные клапана приводятся в действие не от распредвала: их привод автономный гидравлический. Таким образом, можно свободно регулировать степень и время открытия клапанов.

Данный подход позволяет снизить токсичность выхлопа и расход топлива. Так или иначе, бензиновый двигатель 1,4 Turbo 16V Multiair является классическим образцом современных малокубатурных агрегатов. При привычном для малолитражки объеме мотора, величина крутящего момента достойна машин среднего класса. 180 Нм доступны при 1750 об./мин., а при активации спортивного режима максимальный крутящий момент подрастет еще на 26 Нм. Эта прибавка ощущается только на высоких оборотах, чего и требует спортивная езда. С самых низов рабочих оборотов двигатель тянет ровно, но без азарта и ожидаемого темперамента: в плане скорости преимущество турбины Alfa не столь очевидно. Наддув начинает делать свое дело на средних оборотах. Средний расход топлива составляет 7,5 л/100 км – приемлемо, но, учитывая не очень живую отзывчивость мотора, результат мог быть лучше.

Итог:

Механизм
Multi Air – экстравагантная технология, но сомневаться в ее
эффективности не приходится. Что касается турбины, то от нее мы ожидали
более яркой производительности. Максимальная мощность мотора – 135 л.с.
и то при предельных оборотах.

BMW 335i: турбина побеждает объем

Честно говоря, турбины в моторах BMW не гонятся за экономичностью, а стремятся повысить спортивный потенциал автомобиля. BMW 335i – это кладезь мощности. BMW форсировала рядную «шестерку» по всем правилам современной архитектуры двигателей и выжала 306 л.с. и 400 Нм крутящего момента из трех литров. Причем же здесь принцип уменьшения объема мотора? Все дело в удельной мощности и том, как она подается. BMW 335i мчит как матерый восьмицилиндровый двигатель и не ведает ни недостатков, ни провалов мощности. При 1000 об./ мин. подхват такой же, как и на максимальных оборотах.

Наддувом в этом моторе заведают два турбокомпрессора: каждый нагнетает воздух в три своих цилиндра. Турбины маленькие и легче раскручиваются, чем одна большая. Таким образом, мотор не ленится развивать обороты. Вдобавок непосредственный впрыск из пьезоинжекторов с ювелирной точностью и неимоверной скоростью регулирует процесс сгорания топлива. Пока наименьший мотор BMW с технологией двойного наддува – это упомянутая рядная трехлитровая «шестерка». Это удовольствие стоит немало – около €40.000.

Реклама

Итог:

Средний расход порядка 11 л – еще не повод для ликования. Но учитывая развиваемую мотором мощность – это достойный показатель. Не можем не похвалить этот мотор за то, что при сравнительно небольшом объеме он доставляет неимоверное удовольствие – мало какой V8 с ним сравнится. Турбины вписались в образ BMW идеально. Жаль, что за удовольствие приходится дорого платить.

Mercedes E 250 CGI: силен, как V6

Обозначение на багажнике этого E-класса обманчиво намекает мотор объемом 2,5 л: на самом деле под капотом «скромный» 1,8-литровый двигатель. В другие времена агрегатами подобного объема оснащались самые базовые (кто-то их называл «постыдными») версии статного E-класса. Что же, заведем мотор. Под капотом что-то ожило, о чем можно судить по поднявшейся стрелке тахометра. Никаких вибраций, никакого шума. Надавим на газ: ох, какой подхват! Неужели 1,8-литровый мотор может так тянуть. Может, если ему помогает турбина. С ее помощью мощность четырехцилиндрового двигателя достигает в 204 л.с. и уважительные 310 Нм крутящего момента. К сожалению, на малых оборотов вся тяга спит. Серийная для в е р сии 250 CGI 5-ступенчатая АКПП мигом переключается на низшую передачу, если водитель продавливает педаль акселератора больше чем одну треть. 

Итог:

Mercedes
предъявляет доказательство того, что даже среди премиум-автомобилей
маленький рабочий объем не является отказом от впечатляющей
производительности. В сочетании с «автоматом» турбированный
четырехцилиндровый двигатель бодро едет под стать яркому имиджу
автомобиля. Однако, достигнутый расход во время теста мог бы
оказываться еще ниже, если бы некоторый процент КПД двигателя не
тратился на обслуживание АКПП.

Audi TTS: волна несет

У Audi TTS мотор старой «турбинной» школы. Во всяком случае, вопреки присутствию старых технологий (например, промежуточный охладитель из алюминия, дроссельная заслонка во впускном коллекторе) Audi демонстрирует традиционные показатели турбомотора.

Изучение графика крутящего момента подтверждает это: при 1500 об./ мин. (скорость движения на пятой передаче – 55 км/ч) мотор выдает относительно невысокую тягу в 180 Нм. На практике для эффективного разгона переходить ни низшую передачу не обязательно – мотор живо наберет 2000 об./мин. после чего последует пушечное ускорение вплоть до отсечки. Да, в отличие от современных агрегатов у этого мотора Audi есть небольшая «турбояма». Зато производительность, и что также важно в этом спортивном классе, звук на уровне добротного V6. То, что на низких оборотах Audi TTS немного вял благоприятно воздействует на расход топлива. При неспешной прогулочной езде мы укладывались в 8 л/100 км, а при более резвой тестовой компьютер указывал на средний расход на уровне 9,2 л/100 км, что также приемлемо для авто мощностью 272 л.с. Все было бы еще более радужно, если бы не обязательный вид топлива – придется заправлять дорогой АИ-98.

Реклама

Двухлитровый мотор Audi TTS выдает поразительные 272 л.с. Турбина ведет себя классически: с ленцой раскручивается и при 2500 об./мин. Обрушивает на колеса 350 Нм. Если верить графику, запал не пропадает до самых 5000 об./мин.

Итог:

Отказ от лишнего объема и цилиндров едва ли скажется на удовольствии от езды
– 2-литровый мотор Audi TTS это убедительно доказал. Вдобавок счета за топливо не
пугают своей величиной. К тому же 4-цилиндрвоый мотор легче V6 – отсюда лучшая управляемость.

Porsche Turbo: стремительная экономия

При
упоминании слова «турбо» нередко первое, что приходит на ум, является
ассоциация с Porsche 911 Turbo. В этом случае ассоциация правильная. В
отличие от большинства других марок, Porsche никогда не рассматривала
турбины как инструмент сокращения расхода топлива. В руках инженерах
этой компании турбины становились оружием для покорения скорости. С
21-го ноября 2009 года при помощи этого «оружия» мощность 911 Turbo
достигла 500 л.с.На сегодняшний день мотор Porsche 911 Turbo является
единственным бензиновым агрегатом с турбиной с направляющими лопастями
изменяемой геометрии. Долгое время такой технологией довольствовались
лишь дизельные двигатели. Данная конструкция позволяет выровнять
характеристику крутящего момента двигателя и использовать энергию
выхлопных газов максимально эффективно. В итоге обновленный Porsche 911
Turbo в базовой версии с МКПП расходует 11,6 л/100 км. По сравнению с
предшественником, который был на 20 л.с. слабее, экономия составляет
1,2 л / 100 км.

Технические данные

AUTO BILD: Действительно турбокомпрессор может возместить недостаток рабочего объема?

Да, это действительно так. Лучшие доказательства предоставляют наши клиенты, купившие машины с моторами TSI и TDI. Они довольны динамическими качествами и пониженным потреблением топлива. Использование новых технологий и процессов в будущем сделает возможным еще больше снижать рабочие объемы моторов. Первая ласточка – двигатель 1.2 TSI мощностью 105 л.с. для Polo и Golf. При создании каждого нового автомобиля мы должны также здраво оценивать передаточные характеристики трансмиссии, чтобы создать баланс экономичности и приемистости.

Реклама

Бензиновые двигатели обрели новые преимущества благодаря турбинам и снижению рабочего объема. По какому направлению пойдет развитие этой концепции? Что еще можно улучшить и оптимизировать?

Новые возможности открывает электронноуправляемый перепускной клапан, который уже применен в моторе 1.2 TSI. Однако, все технические новшества стоят денег и при их внедрении мы не должны забывать об экономическом эффекте. Пока новые моторы дороги, но их цену компенсируют низкие ежедневные эксплуатационные расходы. В дешевых автомобилях мы пока не можем предложить двигатели с турбинами с крыльчаткой переменной геометрии, так как для их изготовления необходимы дорогие жаростойкие сплавы. В этом сегменте мы продолжим совершенствование систем впрыска и алгоритмов смесеобразования.

Бензиновые двигатели будут становиться все сложнее, внедрение турбин потребует внедрения обязательных деталей, как, например, промежуточный охладитель. Как это отразиться на цене моторов линейки TSI?

Битурбированный двигатель TSI конечно дорог. Мы стараемся удешевить его производство, не ухудшив надежность. Пока главным фактором снижения его рыночной цены являются масштабы производства.

Может быть лучшим рецептом для снижения расхода топлива является сочетание турбированного ДВС небольшого объема с электромотором?

Да, гибридные двигатели являются очень перспективной темой для развития. Помощь электромотора особенно эффективна в нижнем рабочем диапазоне двигателя и позволяет вразы повысить экономичность. Мы уже давно работаем над сочетанием электромотора с двигателем TSI. Промежуточные результаты обнадеживают, в чем вы скоро сами сможете убедиться на примере нового Touareg.

Реклама

История. Турбо сжимает воздух уже более 30 лет

Турбины подкупали производителей высокой отдачей, что было важно для спортивных побед. Высокий расход топлива, сложность производства и неровные мощностные характеристики моторов слабо волновали. Водить такой автомобиль было непросто: вялый на низах мотор просыпался ближе к максимальным оборотпм и разом выдавал всю свою мощь. Турбина первого серийного Porsche с надувным мотором – 911 Turbo 1974 года – «просыпалась» только при 4000 об/мин. В 1977 году появился Saab 99 Turbo – это был вполне гражданский автомобиль с двигателем мощностью 145 л.с. Более гармоничные по характеристикам моторы появились позже: относительно ровным темпераментом отличался 5-цилиндровый моторы Audi модели 200 5T образца 1979 года. Инженеры из Ингольштадта первыми внедрили турбину с целью снизить расход топлива и сберечь разгонную динамику: речь идет о моторе 1,8 Turbo 1994 года.

Итог:

В будущее под высоким давлением

Свист турбин будет слышен ото всюду – дизельные моторы обрели сильного конкурента. Во всяком случае агрегаты TSI и битурбированные моторы внушают надежду на то, что и автомобили на бензиновом топливе будут радовать низким расходом топлива и впечатляющей динамикой. Моторы небольшого объема, оснащенные одним-двумя турбокомпрессорами, по праву займут свое место в будущем. С одной стороны, малый рабочий объем нуждается в меньшем количестве топлива. Ровная характеристика крутящего момента гарантирует ездовой комфорт и возможность «крутить» мотор в полсилы. С другой стороны, турбомоторы никогда не отличались малой мощностью – поэтому водить такой автомобиль весело. Основной вывод таков: технология турбированных моторов малого объема уже сейчас предлагает реальные способы экономии. Это отнюдь не компромиссное решение, требующее доводки и улучшения. Уже сегодня они несут массу достоинств. Да, цена на такие авто пока высока, но этот недостаток компенсируется экономичными характеристиками.

Ян Хорн